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挡土墙的八大种类详解

挡土墙工程施工中抵抗土体侧向压力、防止土体坍塌和滑移的重要结构,根据不同的地质条件、施工环境等因素,来选择实用的

挡土墙。挡土墙有多少种?我们该怎么选择呢?接下来我们一起来学习吧!

一、重力式挡土墙

重力式挡土墙是依靠墙体自身重量产生的重力来抵抗墙后土体的侧向压力,从而维持其稳定(抗滑移、抗倾覆)的一种挡土结构。其稳定性完全源于材料的重量和体积,是历史最悠久、原理最直观的挡土墙形式。

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1、墙身:通常采用浆砌块石(毛石、料石)或素混凝土。在石料丰富的地区,浆砌石是经济首选。多为简单的梯形,墙背(靠土一侧)可设计为仰斜式、垂直式或俯斜式。其中仰斜式(墙背向填土方向倾斜)所受土压力较小,更为经济。 墙顶宽度一般不小于0.5米,常设置帽石以保护墙身并增加美观。

2、基础:是将墙身荷载扩散传递到地基,是保证整体稳定的关键。必须置于冻胀线以下,防止因冻融循环破坏;在河道附近还需置于冲刷线以下。 地基承载力要求较高,通常需要落在坚实、稳定的土层或岩层上。对软弱地基需进行加固处理(如换填、桩基)。多为扩大基础,以减小基底压力。

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3、排水设施:水压力是挡土墙破坏的主要原因之一。必须设置:

   泄水孔:在墙身下部,按梅花形布置,孔径5-10cm,间距2-3米,向外设排水坡度。

   反滤层:在泄水孔入口处及墙背与填土之间,铺设砂砾石层,防止填土颗粒随水流失造成空洞。

   墙顶地面防水:墙顶后地面应夯实,并设置黏土隔水层或排水沟,防止地表水渗入。

二、悬臂式挡土墙

悬臂式挡土墙是一种轻型钢筋混凝土挡土结构。它由立壁(墙面板) 和底板两大部分组成,其形状类似一个倒置的“T”或“L”。它的稳定性并非主要依靠墙体自重,而是巧妙地利用底板以上填土的重力来抵抗墙后土压力。

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工作原理:

1、倾覆力矩:墙后土压力作用于立壁,产生一个使墙体向前倾倒的力矩。

2、抗倾覆力矩:主要由墙踵板(位于墙后的底板)上方填土的垂直重量,以及墙体自身的重量共同产生,形成一个抵抗倾倒的力矩。

3、抗滑移:依靠底板与地基之间的摩擦力,以及墙踵板前土体的被动土压力来抵抗水平滑动。

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1、立壁:直接承受墙后土压力,并将其传递到底板。通常为等厚或上薄下厚的变截面钢筋混凝土板。顶部厚度一般不小于20cm,底部厚度由计算确定。临土面配受拉主筋。

2、底板:由两部分组成,共同承担稳定和传力功能:

      墙踵板(后踵):位于立壁后方、墙身内侧的底板部分。这是结构稳定的关键,其上方的回填土重量提供了主要的抗倾覆力矩。板内钢筋主要布置在板顶,承受负弯矩。

      墙趾板(前趾):位于立壁前方、墙身外侧的底板部分。其主要作用是增加抗倾覆力臂,并减少基底应力。板内钢筋主要布置在板底。

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3、钢筋配置:这是与重力式挡土墙的本质区别。钢筋根据受力计算配置:

      立壁:竖向受力筋布置在靠填土一侧(受拉区),水平分布筋。

      底板:墙踵板受力筋布置在板顶,墙趾板受力筋布置在板底。所有钢筋在立壁与底板交接处必须可靠锚固。

排水设施:与重力式墙同样至关重要。必须设置泄水孔(穿过立壁下部)和墙背的砂砾石反滤层,以防止墙后水压力积聚。

4、适用条件:

墙高:中等高度(通常3-8米)的永久性挡土工程。

地基:需要承载力较好的地基,如密实土层、砂卵石层或风化岩层。软弱地基需经处理。

材料:钢筋、水泥供应方便的地区。

常见应用场景:公路和铁路的路肩墙、路堤墙、桥梁引道、城市立交、港口护岸及各类边坡支挡工程。

三、扶壁式挡土墙

扶壁式挡土墙是悬臂式挡土墙的强化与发展。它通过在悬臂式墙的墙面板(立壁)后方,每隔一定距离增设一道扶壁,将墙面板、墙踵板及扶壁三者刚性连接成一个整体,共同工作的箱形或“T”形钢筋混凝土空间结构。

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工作原理:

1. 增强刚度与受力性能:扶壁作为墙面板的竖向加劲肋,极大地提高了墙面板的抗弯刚度和强度,使其由悬臂式的“板”受力转变为更高效的“双向板”或“带肋板”受力。

2. 优化传力路径:墙面板承受的土压力,一部分直接传给底板,另一部分则通过扶壁更有效地传递到墙踵板,使得结构内力分布更均匀、更合理。

3. 共同作用:墙踵板、扶壁和墙后填土形成一个巨大的“重力块”,共同提供抗倾覆和抗滑移所需的稳定力矩和阻力。

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1、墙面板(立壁):直接承受土压力,并将其传递给扶壁和底板。通常为等厚的平板,水平方向受力,厚度由计算确定,一般不小于20cm。其配筋以水平受力筋为主,竖向分布筋为辅。

2、扶壁(肋板):这是区别于悬臂式的关键构件。它连接墙面板和墙踵板,起到加劲、支撑和传力的核心作用。为变截面的三角形或梯形板,垂直立于墙踵板上,与墙面板垂直连接。扶壁间距一般为墙高的 1/3 至 1/2,厚度由计算确定,底部较厚,向上渐薄。

3、底板:同样由墙趾板和墙踵板组成,但其受力因扶壁的存在而得到改善。

   墙踵板:宽度大,是提供抗倾覆稳定性的主要部分。在扶壁之间,墙踵板按双向板或带肋板受力。

   墙趾板:作用与悬臂式类似。

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4、钢筋配置

配筋复杂,需形成空间骨架:

      墙面板:水平主筋布置在临土侧,锚入扶壁。

      扶壁:主要承受拉力,主筋沿斜边布置,下端锚固在墙踵板内,上端与墙面板钢筋连接。

      底板:受力筋双向布置,在扶壁处需加强。

5、适用条件

墙高:高挡土墙的典型选择,尤其适用于6米至12米或更高的永久性支挡工程。

地基:需要承载力较好的地基。在软弱地基上应用时,需对地基进行处理或采用桩基础。

材料与施工:适用于钢筋、混凝土供应充足,并具备较高施工技术水平的项目。

常见应用场景:高路基边坡、大型水利工程岸墙、铁路高路堤、山区高填方场地、大型堆料场挡墙等。

四、锚杆式挡土墙

锚杆式挡土墙是一种轻型支挡结构,其核心原理是利用深入稳定地层中的锚杆(或锚索)所提供的抗拔力(拉力),来平衡墙后土体产生的侧向压力,从而维持挡土结构的整体稳定。

主动受力:锚杆的一端通过锚固段牢牢固定在稳定的岩土层中,另一端则穿过不稳定土体,与挡土结构(面板或格构梁)张拉锁定。

形成平衡:当墙后土体产生推力时,这个推力通过面板传递给锚杆,转化为对锚杆的拉力。锚杆的拉力则通过锚固段传递给深层稳定地层,形成一个“拉拽-锚固”的平衡系统,防止挡土结构发生倾覆或滑移。

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1、挡土面板(墙面系统)

   作用:直接承受土压力,并将其传递给锚杆,同时对坡面进行防护。

   形式:钢筋混凝土面板:现浇或预制板,用于永久性工程。

            格构梁:钢筋混凝土或型钢制成的网格框架,中间可植草绿化,生态美观。

           型钢或预制构件:如型钢柱与挡板组合,施工快捷。

2、锚杆(锚固系统)

   作用:系统的核心受力构件,提供抗拉力。

   构造:由杆体(高强度钢筋、钢绞线或钢管)、锚固段(通过灌浆与地层粘结)、自由段(不与周围土体粘结,可自由拉伸传力)和锚头(锁定装置,将拉力传给面板)组成。

   类型:根据锚固机理分为土层锚杆和岩石锚杆。

 3、锚固地层

   作用:提供锚杆所需的锚固力,是系统稳定的最终保障。

   要求:必须是稳定、可靠的岩层或密实土层。设计前必须进行详细的地质勘察,以确定锚固段的最佳位置和长度。

4、适用条件

地形:高陡岩石边坡或深挖方路堑的永久性支护。

地基:软弱地基或需要避免大开挖、大荷载的场地。

空间:施工空间受限,无法放坡或修建庞大挡墙的场合。

常见应用场景:山区高速公路和铁路的高边坡加固、深基坑支护、大型地下工程入口边坡、水库岸坡、矿山边坡治理等。

五、锚定板式挡土墙

锚定板挡土墙是一种适用于填方工程的轻型支挡结构。它由墙面系、钢拉杆、锚定板以及其间的填土共同组成一个整体。其核心工作原理是利用埋置在稳定填土区域内的锚定板所提供的抗拔力(被动土抗力),通过钢拉杆来平衡墙面所承受的侧向土压力,从而维持结构的稳定。

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锚定板挡土墙:其拉杆及端部的锚定板均埋设在人工回填土中,抗拔力来源于锚定板前方填土对其移动所产生的被动土抗力。因此,它不要求将锚固段置于原生稳定地层,特别适用于填方工程。

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1、墙面系

   作用:直接承受墙后土压力,并将其传递给钢拉杆。

   形式:主要分为两类:

   肋柱式(柱板式):由预制钢筋混凝土肋柱和挡土板拼装而成。肋柱是主要受力构件,挡土板起挡土作用。这种形式结构刚度较大,适用于较高挡墙。

   无肋柱式(壁板式):直接由预制钢筋混凝土墙面板拼装而成。外观整齐美观,施工简便,多用于城市支挡工程。

2、钢拉杆

   作用:连接墙面系与锚定板的关键传力构件,承受拉力。

   构造:通常采用延伸性和可焊性好的热轧钢筋或精轧螺纹钢制作。拉杆需进行严格的防腐处理(如涂防锈漆、缠绕沥青玻璃布等),并应在填土压实至其设计标高以上后再挖槽埋设,以防被压弯。

3、锚定板

   作用:提供抗拔力的核心构件。依靠其前方填土的被动抗力来平衡拉杆传来的拉力。

   构造:一般为方形钢筋混凝土板,竖直埋置在填土中。其面积和埋置深度根据所需抗拔力设计。规范要求,肋柱式锚定板面积不宜小于0.5㎡,面板式不宜小于0.2㎡。

4、填土

   作用:不仅是支挡对象,更是提供锚定板抗拔力的介质,其质量至关重要。

   要求:必须采用合格填料,优先选用级配良好的砂性土、碎石土、砾石土等。严禁使用冻胀土、膨胀土、盐渍土、有机土及腐蚀性土。填土必须分层严格压实。

5、适用条件

工程类型:主要用于填方路段的路肩墙、路堤墙,也可用于桥台、港口护岸等。

墙高:单级墙高度一般不大于6米;需要更高时可采用多级设置,级间设宽度不小于1.5-2.0米的平台。

地基:特别适用于承载力较低的软弱地基。

填料:必须有充足且质量合格的填土材料。

不适用情况:滑坡、坍塌地段,以及膨胀土地区不宜使用。

六、加筋土挡土墙

加筋土挡土墙是一种复合型支挡结构。其核心原理是在填土中分层铺设抗拉性能好的筋材(加筋体),通过筋材与填土之间的摩擦和咬合作用,将土体与筋材结合成一个整体性的复合体,从而利用土体自身来增强其强度和稳定性,形成能够承受侧向土压力的挡土结构。

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1、墙面(面板)

作用:防止加筋土体端部土粒流失,约束土体,并起到美观作用。它本身不是主要的承力结构。

形式:  

      混凝土模块面板:最常用,形状多样(十字形、六角形、矩形等),易于拼装,可预制。

     金属面板:如镀锌钢板、不锈钢板,多用于临时工程或腐蚀性小的环境。

      生态袋/格宾网:具有透水性和植生功能,用于生态护坡。

2、加筋材料(筋材)

作用:系统的核心,提供抗拉强度,通过与土体的相互作用将土压力传递到稳定土区。

类型:

       金属类:镀锌钢带、土工格栅(钢塑、塑料)、钢筋网片。强度高,耐久性好。

      合成材料类:土工格栅、土工布、土工带。耐腐蚀,施工方便,应用最广。

      天然材料类:竹片、柳条等,用于临时或低等级工程。

3、填土(填料)

作用:不仅是支挡对象,更是与筋材共同工作的主体材料。

要求:必须选用易压实、与筋材摩擦系数高、排水性能好的填料。优先选用砂类土、砾类土、碎石土。严禁使用淤泥、腐殖土、冻土及膨胀土。

4、基础与排水系统

基础:通常为浅基础,用于放置第一层面板和筋材,要求平整、坚实。

排水系统:至关重要。必须在墙背设置砂砾石排水层,墙面设泄水孔,防止水压力积聚降低筋-土摩擦和土体强度。

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5 适用条件

地形与地基:特别适用于软弱地基、高烈度地震区、不均匀沉降地段。

墙高:应用范围广,从几米到几十米均可,是目前世界上最高的挡土墙形式(有超过60米的工程实例)。

工程类型:公路/铁路路堤墙、桥台、港口护岸、山区填方、储料仓、边坡加固等。

不适用情况:浸水地区(除非采用特殊设计和筋材)、腐蚀性极强的环境、无法获得合格填料的地区。

七、桩板式挡土墙

桩板式挡土墙是一种深基础轻型支挡结构。它由深入稳定地层中的桩(抗滑桩) 和桩间设置的挡土板两部分组成,共同承受土压力,防止土体失稳。

工作原理:

1. 桩的锚固与抗弯:桩身下部(锚固段)嵌入滑面或潜在破裂面以下的稳定地层中,提供强大的锚固力。桩身则像一根深埋的“梁”,主要依靠其自身的抗弯和抗剪强度来抵抗桩后土体传递来的巨大推力。

2. 板的挡护与传力:桩间的挡土板直接承受其范围内的土压力,并将其传递给两侧的桩。板本身主要起挡土和传力作用,而非主要承力构件。

3. 协同工作:桩与板通过可靠的连接(如预留钢筋、榫槽)形成整体,共同构成一道连续的支挡屏障。根据桩顶约束条件,可分为悬臂式桩板墙(桩顶自由)和锚拉式桩板墙(桩顶用锚杆或锚索拉结)。

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1. 桩(抗滑桩)

   作用:主要的承力和抗变形构件,承受绝大部分土压力产生的弯矩和剪力。

   形式:通常为钢筋混凝土钻孔灌注桩或人工挖孔桩,截面多为矩形或圆形。桩的间距、截面尺寸和埋深是设计关键。

   构造:桩身需配置大量纵向受力钢筋和箍筋以抵抗弯矩和剪力。桩顶可与冠梁连接以增强整体性。

2. 挡土板

   作用:防止桩间土体流失,并将土压力传递给桩。

   形式:

          预制挡土板:在桩施工完成后,在桩间挂设预制钢筋混凝土板。施工快捷,质量易控。

          现浇挡土板:在桩间支模现浇混凝土。整体性好,适应不规则桩间距,但施工较慢。

   连接:板与桩之间需有可靠的构造连接,确保荷载有效传递。

3. 附属构造

   冠梁:在桩顶设置的水平连梁,能有效协调各桩的受力,减少不均匀变形,增强整体稳定性。

   锚拉系统(用于锚拉式):当桩身弯矩过大时,在桩顶或桩身设置锚杆或锚索,提供额外的拉力,大幅改善桩的受力,适用于更高、推力更大的情况。

   排水系统:必须在墙背设置反滤层和泄水孔,这是所有挡土结构长期稳定的生命线。

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4、适用条件

地质条件:适用于土层滑坡、岩石破碎带、堆积层边坡等需要深部锚固的不良地质地段。要求桩底有足够厚度的稳定岩土层作为锚固段。

工程类型:

   深路堑边坡:防止开挖后山体失稳。

   滑坡治理工程:作为抗滑桩的核心支挡结构。

   深切坡脚防护:防止河流冲刷或工程切坡导致坍塌。

   场地受限的陡峭边坡支护:如临近重要建筑物的高边坡。

不适用情况:桩长范围内均为极软弱土层(如深厚淤泥),无法提供有效锚固时不宜使用。

八、石笼/格宾挡土墙

格宾挡土墙(又称石笼挡墙)是一种柔性、透水、生态的干砌结构。其核心原理是将特定规格的机编双绞合金属网箱(格宾网) 组装成箱笼,内部填充坚硬的块石或卵石,通过层层堆叠或砌筑形成挡土墙体。

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工作模式的核心是“柔性适应”与“整体稳定”:

1. 柔性变形:金属网箱和填充石料均具有柔性,能适应地基的不均匀沉降和变形,并通过自身的微小变形来释放部分土压力,避免产生结构性裂缝。

2. 透水减压:箱内石料间存在大量空隙,墙后地下水可以自由渗出,几乎不产生静水压力,这是其相对于混凝土墙的巨大优势。

3. 整体性:网箱之间通过绑扎连接,填充石料在网箱约束下相互咬合,形成一个稳定、有韧性的整体。

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1. 格宾网箱

   材料:通常采用镀锌钢丝、高尔凡(锌铝合金)钢丝或覆塑钢丝编织而成,具有高抗拉、抗腐蚀性能。网面为双绞合六边形网格,确保局部损坏不会整体散开。

   规格:工厂化生产,常见为长1-4米、宽1米、高0.5-1米的箱体。也可根据设计定制。

   构件:包括网盖、网底、端板、侧板和隔板。隔板将长箱体分隔成若干单元格,以增强整体稳定性并防止石料移动。

2. 填充石料

   要求:必须坚硬、耐久、不易风化,如花岗岩、砂岩、卵石等。粒径一般大于网孔尺寸(通常为网孔直径的1.5-2倍),并有一定级配,以保证填充密实和透水性。

   填充方式:人工或机械填充,要求饱满、密实,表面平整。大石料置于外表面和边角,小石料填于内部。

3. 连接与辅助材料

   绑扎丝:与网箱同材质的钢丝,用于牢固连接各个网箱单元,形成整体。

   反滤层/土工布:在墙背与填土之间铺设,防止细粒土随水流流失,同时保持透水性。

   基础:通常只需平整、压实的地基,必要时设置浅基础或碎石垫层。

4、适用条件

水文条件:河道整治、护岸、堤防、防洪工程等需良好透水性和抗冲刷的场合。

地基条件:软弱地基、易沉降地区,因其柔性特点能很好地适应变形。

景观与生态要求:公园、风景区、公路边坡等对生态和景观融合度要求高的项目。

工程类型:路堑边坡支挡、桥台护坡、土地复垦、生态修复等。

不适用情况:对墙体外观平整度要求极高、或填充料极度缺乏的地区。

 

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